【摘 要】
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近十几年以来,柔性可穿戴传感设备因自身巨大的实际应用潜力吸引了大量研究者的兴趣。通过设计导电微结构的方式,使得传感器件的灵敏度和响应范围具有优异的性能一直都是个挑战。本文利用纸基纤维作为柔性器件传感材料的框架,通过聚苯乙烯/石墨烯导电复合微球结构和离子-电子传感层结构,设计了压阻式和压容式工作机制的柔性传感器。探究了传感材料组分含量对于器件灵敏度和压力响应范围的影响。研究内容如下所述:1.聚苯乙烯
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近十几年以来,柔性可穿戴传感设备因自身巨大的实际应用潜力吸引了大量研究者的兴趣。通过设计导电微结构的方式,使得传感器件的灵敏度和响应范围具有优异的性能一直都是个挑战。本文利用纸基纤维作为柔性器件传感材料的框架,通过聚苯乙烯/石墨烯导电复合微球结构和离子-电子传感层结构,设计了压阻式和压容式工作机制的柔性传感器。探究了传感材料组分含量对于器件灵敏度和压力响应范围的影响。研究内容如下所述:1.聚苯乙烯/石墨烯导电复合微球结构纸基柔性传感器的制备和性能研究通过本研究组异相凝聚-抽滤浇铸相结合的方法,即,依据热力学异相凝聚的基本原理,氧化石墨烯（GO）在聚苯乙烯（PS）微球和纸基纤维表面上形成一定的分布,调控组分的含量并且利用抽滤的方式,可将游离于介质中的氧化石墨烯纳米片沉积在微球和纤维上,从而控制聚苯乙烯/石墨烯导电微球单元的数量分布,进而改变器件的传感性能。传感器在0.049-24.5 k Pa响应范围内的超低压力数值下,灵敏度达到了12 k Pa-1,并且具有较好的传感稳定性。此外,我们又引入了一维导电材料碳纳米管,传感器的响应范围扩大至36.75 k Pa,灵敏度达到10.33 k Pa-1。实验证明,器件制造简单可控,材料来源广泛,为传感器的设计提供了新思路。2.离子-电子电容式纸基柔性传感器的制备和性能研究基于柔性离子电子传感机制的离子液体传感器因其高灵敏度、低功耗和高信噪比受到了学者们的追捧。离子导体（固体或液体）与电子导体接触时,电极上带电电子导体排斥相同电荷的离子,同时它将相反离子从离子导体吸引到电子/离子界面从而形成两个双电层的界面,位于双电层上相反的电荷在纳米水平上分离,赋予传感器超高的电容。本论文利用聚乙烯醇吸收离子液体后包覆在纤维上,赋予导电传感单元的同时,增加纸基纤维的弹性。将导电性的石墨粉涂覆在纤维上,形成电极,从而构成了全纸基材料的柔性传感器。该器件压力测量最大值能够达到98 k Pa,0.00613 k Pa超低压力数值下灵敏度达到了93.06 k Pa-1。在不同的压缩速率下和上千次循环后,器件仍然具有较好的传感性能。同时,它能够适应环境温度25-100℃内的变化,ΔC/ΔT仅为0.00013 n F/k Pa。
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